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La Simulation Numrique du Pneumatique chez Michelin
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PLAN
Le groupe Michelin
Le pneu et ses performances
La simulation dans le processus de conception
La modlisation Elments-Finis du pneu
Le HPC et le logiciel scientifique
PLAN
Le groupe Michelin
Le pneu et ses performances
La simulation dans le processus de conception
La modlisation Elments-Finis du pneu
Le HPC et le logiciel scientifique
Prsence commerciale dans 170 pays 69 Sites de production dans 18 pays
GER M ANY (W EST)
FRANCE
Le Groupe Michelin
115 000 salaris dans le monde 184 millions de pneus en 2011 10 millions de cartes et guides
Le Groupe Michelin
Amrique du Nord
Europe
Asie
1 Centre de Technologies rparti sur 3 sites 6000 salaris en R&D
Le Groupe Michelin
Un portefeuille de marques
Objectifs :
. SATISFAIRE LARGEMENT LES BESOINS
. DVELOPPER LES VOLUMES
Le Groupe Michelin
March mondial du pneu sur 2011
14.8%
16,1%
11.2%
Michelin
Bridgestone
Goodyear (+Dunlop) Sumitomo
Continental
Pirelli
Yokohama
Cooper
Hankook
Toyo
Kumho
Acteurs de petite taille : 30.0%
(une centaine) Production : 194 millions pneus
CA consolid : 15.7 Md Euro
Le Groupe Michelin
Acteurs de taille moyenne : 27.9% Sumitomo
Continental
Pirelli
Yokohama
Cooper
Hankook
Toyo
Kumho
PPrr
CCAA14.8%
MichelinPP
CC
March du pneu
Un march hautement concurrentiel
Un march mondial
Un march en forte croissance
Trs grande varit de produits / dclinaisons (6000 types)
Plus dun milliard de pneus vendus chaque anne
100 milliards deuros gnrs chaque anne
Le Groupe Michelin
PLAN
Le groupe Michelin
Le pneu ; ses performances
La simulation dans le processus de conception
La modlisation Elments-Finis du pneu
Les sujets de recherche actuels en mcanique numrique du pneu
Le pneu ; ses performances
Le pneu ? ou les pneus ?
Le pneu ; ses performances
2 Roues
Vitesse max > 300km/h
50 cm au sol par pneu
Angle carrossage > 40
Le pneu ; ses performances
Automobiles Grande diversit
dutilisations :
Sec / mouill / neige
/ boue / glace
Le pneu ; ses performances
Poids lourds
Sol sec/mouill/neige/glace
Forte charge : qq tonnes
Vitesse : 100 / 130 km/h
Le pneu ; ses performances
Agricole
Sol meuble.
Faible vitesse
Faible pression
Le pneu ; ses performances
Gnie civil Le plus gros : 5.6T, 4m de diamtre
Trs forte charge
Sols agressifs
Usage intensif (24/24)
Le pneu ; ses performances
Aronautique
Petite taille, petit poids
Charge trs leve
Vitesse trs leve
Monte en temp. rapide
: 21 pouces, 93 Kg
: 20.5 bar
: 64545 kg/pneu
: 416 km/h
Une seule utilisation
Le pneu ; ses performances
Le pneu ou les pneus ?
Les pneus ! l Derrire un aspect banal, les contraintes et les conditions
dutilisation imposes aux diffrents types de pneus en font
autant de produits trs diffrents, dont la conception, dans
les cas les plus extrmes, correspond un rel dfi
technologique.
Le pneu ; ses performances
Les pneus : Des objets complexes
Le pneu ; ses performances
Structure du pneu
Structure composite hautement dformable.
Jusqu plusieurs dizaines de constituants
l Gommes.
l Nappes renforces.
l Tringles.
Chaque constituant ayant un rle fonctionnel bien dfini.
Le pneu ; ses performances
Structure du pneu
Flanc
gomme
Nappes sommet
Composite : gomme + acier
Nappe carcasse
Composite : gomme + acier
ou gomme + textile
Tringle
acier
Bande de roulement
gomme
Gomme Intrieure
Gomme
Le pneu ; ses performances
Fonctions dun pneu
Porter Guider Transmettre des couples
Amortir
Le pneu ; ses performances
Performances du pneu
Le pneu ; ses performances
Adhrence
Longitudinale (couple moteur/freineur)
Transversale (virage)
Route sche / mouille
(+ hydroplanage)
Usure
Perte de matire
dans la bande de
roulement
Pneus Tourisme/ PL
Endurance
Fin de vie prmature cause par
agressions extrieures)
Rsistance au
roulement
Dissipation dnergie induite par le
roulage
Participe la consommation de
carburant (20% en VL, 30% en PL)
(chocs trottoir, objets
acrs, humidit)
Haute vitesse (VLI)
Bruit/Confort
Bruit arien et solidien
Audible (HF) / ressenti (BF)
Comportement
Comportement vhicule
sur/sous-vireur,
vivacit/prcision du guidage,
Plaisir de conduite
Les performances sont antagonistes
On cherche dcaler un
compromis de performance
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Le pneu et ses performances
La simulation dans le processus de conception
La modlisation lments-finis du pneu
Les sujets de recherche actuels en mcanique numrique
du pneu
La simulation dans le processus de conception
Conception du pneu l BUT : Concevoir une solution produit intgrant toutes les
performances requises (usure, adhrence, bruit,...)
Endurance
0
25
50
75
100
125
150
Adhrence
Rsistance au roulement
Comportement
Confort
Bruit
Apparence
Rechapabilit
Prix de revient
Usure
Pneu rfrence Cible Marketing
l Le cahier des charges sexprime
en termes de performances relatives un pneu existant :
R
l Processus long, coteux et complexe : Fortement contraint : Recherche de compromis
entre des performances antagonistes
La simulation dans le processus de conception
Boucles de conception
Classification des
variantes par
simulation
Fabrication
du prototype
(toute petite srie)
Tests machines et pistes
Cible
atteinte ? non
oui
industrialisation
Scnarios de
conception
Simulation procd +
dclinaisons de gammes Pr-sries et
Placement en clientle
La simulation dans le processus de conception
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Le pneu et ses performances
La simulation dans le processus de conception
La modlisation lments-finis du pneu
Le HPC et le logiciel scientifique
La modlisation Elements-Finis du pneu
La modlisation lments-finis du pneu Est indispensable pour :
l Comprendre la thermo-mcanique du pneu
l Classer les variantes envisages par rapport aux performances dfinis
Elle permet :
l dacclrer le cycle de conception et rduire son cot (moins de tests)
l amliorer les procds
l amliorer la pertinence des tests rels
Est base sur un code lments-finis interne
Est particulirement dlicate raliser
La modlisation lments-finis du pneu
Un problme de mcanique numrique complexe
l De nombreuses sources de non linarits et faible rgularit du problme
l De nombreuses sources de mauvais conditionnement
l Des matriaux complexes
l Une physique multi-chelle et riche dans une gomtrie complexe
l Des attentes exigeantes en terme de :
l Prcision (pression de contact, tension cble, nergie dissipe, )
l Robustesse, efficacit de calcul, ergonomie
Un problme de mcanique numrique qui peut/doit encore
progresser
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La modlisation lments-finis du pneu
Le HPC et le logiciel scientifique
Historique et approche du calcul Michelin
Des le dbut des annes 80:
l Par des petits codes de calcul / chaine dvelopp en interne.
l Des machines de calcul Cray et des PC.
Dans les annes 90:
l Des PC et des stations de calcul HP
l un solveur dvelopp en interne (en fortran) toujours utilis
A partir des annes 2005:
l Dbut de laire des clusters actuels :achat dun cluster tous les ans.
l Dveloppement dun nouveau code de calcul en C++ : indispensable pour le
paralllisme, ladaptation de maillage en parallle
Approche du paralllisme 1
Un calcul : suite dassemblages O(n) et de rsolutions O(n2)
Solveurs algbriques => clef de la performance en mcanique
des solides (BCS, MUMPS, Pardiso, Pastix, FETI )
l Solveurs directs : robuste mais consommation mmoire et scalabilit limit
l Solveur itratifs (FETI) : -scalabilit importante.
-consommation mmoire maitris.
-difficult de convergence sur des milieux
htrognes complexes (stade recherche).
l
